设计模式-单件模式

在一个系统中，往往有一些服务只需要它们在整个系统中存在一个实例，并且在系统的任何角落都可以访问它。这样，单件模式出现了。比如在上一篇抽象工厂模式中，在一个系统中往往只有一个工厂，这样我们可以引入单件模式来解决这个问题。

对于单件模式的定义是：只允许系统中有一个实例存在，并且为该实例提供一个全局的访问点

（备注：Singleton似乎有些像全局对象。但是，1：大量使用全局对象会使得程序质量降低，而且有些编程语言例如C#，根本就不支持全局变量。2：全局对象的方法并不能阻止人们将一个类实例化多次：除了类的全局实例外，开发人员仍然可以通过类的构造函数创建类的多个局部实例。而Singleton模式则通过从根本上控制类的创建，将"保证只有一个实例"这个任务交给了类本身，开发人员不可能再有其它途径得到类的多个实例。这一点是全局对象方法与Singleton模式的根本区别）。

一、单件模式介绍以及其原版

单件模式原版例子如下(将构造函数设为private，防止客户代码通过new实例化对象)：

public class Singleton
{
private static Singleton _instance = null;
private Singleton()
{
}
public static Singleton CreateInstance()
{
//这是一种Lazy Initialization，等到第一次使用的时候才消费，对
//内存占用大的单件类可以采用
if(_instance == null)
_instance = new Singleton();
return _instance;
}
}

二、在多线程环境中的单件模式

但是，这样的实现在多线程的情况下并不能保证一定是实例化一个实例。比如有两个线程现在同时在判断if(_instance == null)，这个时候它们得到的肯定都是true值。

这样就会产生两个实例，如下改进代码：

public class Singleton
{
private static Singleton _instance = null;
private static readonly object lockHelper = new object();
private Singleton()
{
}
public static Singleton CreateInstance()
{
lock(lockHelper)
{
if(_instance == null)
_instance = new Singleton();
return _instance;
}
}
}

使用了lock之后，被lock的区块每次只允许一个线程进入，这样就保证了只实例化一个对象。但是，每次都进行lock锁定，然后一个线程进入判断_instance是否等于null，这是非常消耗资源的，这样就出现了double check的机制，如下：

public class Singleton
{
private static Singleton _instance = null;
private static readonly object lockHelper = new object();
private Singleton()
{
}
public static Singleton CreateInstance()
{
if(_instance == null)
{
lock(lockHelper)
{
if(_instance == null)
_instance = new Singleton();
}
}
return _instance;
}
}

这样就只有第一次才会进行lock锁定，以后由于_instance 已经实例化了，不再等于null了，也不会进入lock了，性能改良。

实际上在很多地方我们可以采用另外一种初始化的方式，特别对于哪些实时系统或者哪些系统随时都会用的类(比如系统配置类)，我们用另外一种实现方法就不需要考虑线程安全的问题了。

public class Singleton
{
private static Singleton _instance = new Singleton();
//私有构造函数，防止其他类对其使用new实例化产生多个实例
private Singleton(){}
public static Singleton CreateInstance()
{
return _instance;
}
}

三、模式之间的关系

在上一篇里我们讨论了抽象工厂模式，在实际应用中我们常常只允许一个系统中拥有一个工厂类。假如这个地区只有一个麦当劳餐厅，如果你的朋友询问你现在的位置，你回答说：“我在麦当劳。”那么你的朋友肯定知道你现在的方位能很快找到你。

如何向上面哪个抽象工厂的例子添加单件的实现呢？留给各位同学思考。

四、现实中的单件模式

单件模式一般用在什么地方呢？

一般我们的系统都有一个配置文件，需要一个配置类读取这个配置文件供系统使用，一个系统有且仅有一个这样类的实例，而且在系统的任何地方都可以访问到，也就是有一个全局的访问点。

一个软件只允许启动一个实例，多次点击只打开一个主窗体，如下：

private static MainForm _mainForm;
private MainForm()
{
InitializeComponent();
}
public static MainForm GetInstance()
{
if(_mainForm == null)
_mainForm = new MainForm();
return _mainForm;
}

这样系统就只会启动一个主窗体了。

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